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土豆去皮切片一体机 毕 业 设 计题 目： 土豆去皮切片一体机 学 号： 姓 名： 年 级： 级 学 院： 机电工程学院 系 别： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 完成日期： 年 5 月 1 日摘要 随着科学技术的不断发展，人们生活水平越来越高，农业机械得到了大规模的应用。一机多用化发展成为技术创新的潮流。本文所设计的土豆削皮切片一体机，从一体化、高效化出发，针对中小场合，例如加工作坊、食堂、家庭等进行设计。本文分别对带、轴、凸轮、刀片、齿轮等进行设计计算，绘制了总装与部装图纸以及各零件的图纸。完成全部设计后，对削皮切片一体机进行了评价，指出它的特点，优势之处以及存在的一些不足，并提出了一些改进的措施。本文设计的土豆削皮切片一体机能最大实现土豆产品加工的功能和效率的提高。 关键词：削皮 切片 一体机 高效率Abstract As the development of science and technology,the standard of living is getting higher and higher.Agricutural machinery technology has also been a large-scale application.Development of a multifunctional machine become the treat of technological innovation.The sliced potato peeler machine from the integration of multifunctional,high-efficiency of this article,aimed at some small and medium-sized places,such as the workshop,canteen and household.In this design,the author designs and calculates the tape,axis,cam,disk and gear.Completed all the design,evaluation noted that it the department of the characteristics advantages ,and the presence of a number of shortcomings,and proposed some improvement measures.This article is designed for multi-purpose potatoes peeled sliced potato processing functions to achieve maximum functionality and efficiency.Keywords: paring sliced integrated high efficiency 目录第一章 绪论81.1 土豆的形态、分布及营养价值概述81.2 土豆削皮的现状概况91.3 国内外研究现状91.3.1 国内外去皮机发展概况91.3.2 国内外切片机发展概况101.3.3 国内外削皮切片一体机发展概况11第二章 一体机去皮部分的结构设计112.1 一体机去皮部分的设计及特点112.1.1 工艺流程及结构特点112.2 摩擦式土豆去皮机基本结构122.2.1 工作滚筒122.2.2 传动系统132.2.3 土豆清洗系统132.2.4 污水处理系统132.3 工作原理14第三章 一体机去皮结构的参数确定143.1 物料在工作滚筒上的受力分析143.2 滚筒转速的确定153.3 电机的选择163.3.1 选择电动机的类型163.3.2 确定电动机的转速163.3.3 电动机校核16第四章 主要零件结构设计和计算174.1 V带轮结构设计计算174.1.1 带传动的时效形式和设计准则174.1.2 带传动的设计174.1.3 V带轮的设计194.2 齿轮传动的结构设计194.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数194.2.2 按齿面接触强度设计204.2.3 按齿根弯曲强度设计224.2.4 几何尺寸计算234.3 传动主轴的结构设计计算244.3.1 轴的材料及选择244.3.2 滚筒两端轴的结构设计244.3.3 初步计算轴的直径254.3.4 轴的强度校核254.4 滚动轴承的选择264.5 焊缝强度的校核264.6 键274.6.1 键的选择274.6.2 键的校核27第五章 一体机土豆切片部分的结构设计285.1 一体机土豆切片部分的设计及特点285.2 凸轮式切片机结构特点及工作原理295.2.1 结构特点295.2.2 工作原理29第六章 一体机土豆切片部分的参数确定296.1 物料在切片桶内的受力分析296.2 切片速度的确定30第七章 主要零件结构及计算307.1 凸轮结构设计计算307.1.1 凸轮的选材及推杆的选择307.1.2 凸轮机构基本尺寸确定317.2 切片的尺寸确定337.2.1 切片桶的尺寸确定337.2.2 钢柱与空心圆柱桶之间的焊缝校核337.3 杠杆参数确定347.3.1 杠杆尺寸确定347.3.2 杠杆强度校核347.4 弹簧的选择357.5 销的选择357.6 轴的校核36第8章 总结39致谢40第1章 绪论1.1 土豆的形态、分布及营养价值概述土豆传入我国已有三百多年的历史，是一种粮菜兼用型的蔬菜，土豆与稻、麦、玉米、高粱一起被称为全球五大农作物。土豆产量高，营养丰富，对环境的适应性较强，在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一。目前世界上79的国家种植土豆，每年的总产量3亿多吨，仅在小麦、玉米、水稻之后，居第四位。世界土豆主要生产国有俄罗斯、波兰、中国、美国。土豆在我国分布极为广泛，主要产地集中在四川、黑龙江、甘肃。内蒙、河北、山西、云南、贵州等省。据统计我国土豆种植面积居世界第二位，产量居世界第一位。 土豆是一个矿物质宝库，各种矿物质是苹果的几倍至几十倍不等，500克土豆的营养价值大约相当于1750克的苹果，含有丰富的维生素A和维生素C以及矿物质，优质淀粉含量约为16.5%，还含有大量木质素等，被誉为人类的“第二面包”。土豆还有很神奇的药用价值。土豆中的淀粉在体内吸收缓慢，不会导致血糖过快上升;膳食纤维在根茎类蔬菜中含量较高，常吃土豆可促进胃肠蠕动，且膳食纤维有助于降低罹患结肠癌和心脏病的风险是多项健康研究的成果；土豆钾含量很高，能够排除体内多余的钠，有助于降低血压。土豆主要用于鲜食，其次加工淀粉、粉丝、粉皮，部分用于加工方便食品。随着快餐业的迅速崛起，薯条、薯片等休闲食品的消费量急剧增长，给土豆生产和加工带来了蓬勃生机与活力。土豆是珍贵的食物，它既是粮又是菜，营养丰富淀粉含量高达11%-25%，且蛋白质营养价值很高，容易消化和吸收，其中含有十八种氨基酸、多种维生素及丰富的矿物质元素。属于低热量、高蛋白、多种维生素和矿物质食品。王建。马铃薯加工利用前景广阔。农村经济与技术，1998 土豆的蛋白质主要是球蛋白，其生物价值为67，高于出大米以外的各种粮食。如果用35%的鸡蛋清和65%的土豆蛋白混合使用，则可以合成目前已知的最佳蛋白质。土豆中主要含有半纤维素，它能增加肠道蠕动的次数。另外，土豆还是一种较好的化工原料日本用土豆作原料生产塑料。在土豆的工业加工过程中，去皮切片成为关键的部分，土豆去皮、土豆切片机应运而生。本设计主要针对家庭、食堂、作坊等中小型场合设计一种去皮切片一体机，除了可以去皮，同时还可以进行切片。本机构去皮切片一体机主要有以下优点：一、去皮切片一体化，降低人们的劳动强度，提高工作效益。二、机械机构紧凑、简单。三、一机多用，降低生产成本，提高经济效益。1.2 土豆削皮的现状概况 土豆的制品在市面上有很多，比如：土豆条、土豆片、土豆泥等。但是无论何种制品，其加工工艺要求必须对土豆进行去皮处理，才能保证产品的质量，保证其外观、色泽和口感。土豆去皮的方法主要有人工去皮、机械去皮、化学去皮辐射去皮和蒸汽去皮等。人工去皮的的效果较好，但效率低、损失率高，显然不能适应土豆产业化房展的需要。机械去皮有离心去皮和摩擦去皮两种形式，主要依赖土豆与土豆之间及土豆金刚砂或橡胶之间的摩擦达到去皮的目的。现在市面上最多的也是运用这种方法来对土豆进行去皮处理，本论文所涉及的到的去皮方法也是运用土豆与橡胶的摩擦来去皮的。化学去皮有热碱法和低温去皮液法两种形式，主要依赖强碱溶液及特配化学去皮液的作用，软化和松弛土豆表皮和芽眼，然后用高压冷水喷射，达到去皮的目的，这种方法成本太高，对工艺要求太高。辐射去皮是利用辐射波被表皮的水分吸收、蒸发，使入射的辐射波刚进入受热体的浅表层即引起强烈的共振，被吸收和转化为热量，从而达到剥皮的效果，但果皮只能废弃不能利用。蒸汽去皮是将马铃薯在蒸汽中进行短时间的处理，使其表层熟化，然后利用铁刷和流水冲去外皮，达到去皮的目的。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内外去皮机发展概况（1）机械式摩擦去皮机 目前，国内主要使用机械摩擦去皮机。胡萝卜、马铃薯等块根类原料常使用擦皮机去皮，然后进行切片或制酱，例如油炸马铃薯片、胡萝卜泥等。（2）蒸煮装置 国内外食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅。但在实际生产中，对土豆片的蒸煮要求不高，使用自制的蒸煮装置完成可以满足要求。（3）化学去皮装置 去皮机广泛应用于桃、李、土豆等果蔬的去皮。一般与蒸汽去皮联合使用，根据物料的不同科采用不同的工艺。对于桃、李、土豆等，则先用碱液腐蚀后用蒸汽处理。（4）水洗磨蚀去皮机 水洗磨蚀去皮机是油炸土豆片生产线的一种独立设备。它是以螺旋杆状结构导致土豆有规律的翻滚而去皮。这种去皮机可使土豆的去皮损失最少，去皮辊的使用寿命长，不采用润滑油的轴承排除了有污物的产生，水系的用水量少。 现在市面上最多的也是运用这种方法来对土豆进行去皮处理，本论文所涉及的到的去皮方法也是运用土豆与橡胶的摩擦来去皮的。化学去皮有热碱法和低温去皮液法两种形式，主要依赖强碱溶液及特配化学去皮液的作用，软化和松弛土豆表皮和芽眼，然后用高压冷水喷射，达到去皮的目的，这种方法成本太高，对工艺要求太高。辐射去皮是利用辐射波被表皮的水分吸收、蒸发，使入射的辐射波刚进入受热体的浅表层即引起强烈的共振，被吸收和转化为热量，从而达到剥皮的效果，但果皮只能废弃不能利用。蒸汽去皮是将马铃薯在蒸汽中进行短时间的处理，使其表层熟化，然后利用铁刷和流水冲去外皮，达到去皮的目的。1.3.2 国内外切片机发展概况 国外单一的果蔬去皮或切片技术都发展较早，随着科学技术的发展，近年来，果蔬去皮或切片技术的研制更加迅速。就单从切片技术而言，国外切片技术于七十年代末已经发展成熟，到八十年代中期以后更是达到鼎盛时期，世界生产切片机的著名厂家包括瑞士MeyerBurger AG公司的TS系列机，日本Tokyo Semitsu株式会社的TSK（若干）系列机，美国STC公司的STC系列机等。发展到现在，就切片机的功能而言，已经相当齐全，而且复合化，切片的方式也多种多样。我国的切片技术始于七十年代中期，切片的研究开发已有30年的历史，已有切片机的生产厂家如山东省诸城市大洋食品机械厂、江阴鑫达药化机械厂。主要的切片形式有以下几种：（1）直线往复式切片机。直线往复式切片机的结构简单，但效益低。 因此它应用于工作要求不高、效益低的场合。（2）圆盘旋转式切片机。圆盘旋转式切片机的机构简单也有较高的生产效益，因此它广泛应用于各种场合。（3）水枪式切片机。水枪式切片机耗水量打， 只能切出平直的片， 因此它的应用不是十分广泛。（4）圆形（内圆切片、外圆切片）切片机。圆形式切片机有很高的工作效率，但是结构复杂，设计较困难，因此它应用于工作效率要求相当高的专业领域。1.3.3 国内外削皮切片一体机发展概况随着社会的发展，生活节奏的加快，人们越来越不满足机械的单一化，单一的机器生产已经不满足人类的需求。一体化，一机多用等功能化成为人们追求的目标。土豆的一体化加工机械也应运而生。但是目前市场中土豆削皮与切片机种类单一，效率低下，结构复杂，操作难度大，使用不方便等特点，不满足社会发展的需求。希望通过本次的设计，使土豆削皮切片机的结构更加简单化,更加易于操作,优化去皮效果，提高切片效率,各部件间协调性号，达到一体化、多功能化效果，使土豆削皮切片一体机具有很强的生产性，适应社会市场发展的需求。第2章 一体机去皮部分的结构设计2.1 一体机去皮部分的设计及特点本设计主要考虑去皮后的土豆达到表面光滑、无破坏层、去皮过程无污染及切屑可利用为目的，同时考虑经济实用。达到能以最少的投资获得较好的经济效益。从而为推广该产品奠定基础。2.1.1 工艺流程及结构特点针对研制目的，采用清洗后去皮工艺，研制出搅戈式清洗机和离心式机械去皮机。采用可调节式刀片，达到切屑量课控制的目的。其工艺流程为：原料准备清洗去皮产品清洗皮屑收集产品收集。搅戈式清洗机为国内大量使用的清洗机械。其结构如下：梯形洗槽内，固定着输送搅戈，搅戈通过由减速器由电动机驱动，洗槽内充水，在搅戈上部有喷水装置。块茎进入洗槽浸泡在水里，由于在搅戈提升过程中，块茎相互间以及搅戈叶间切屑而逐渐去皮，同时清水不断从搅戈面部喷淋而下，冲洗块茎，故块茎越接近顶部越干净。离心式机械切屑去皮机如下：在外罩内部装有电动机带动的转动工作盘。盘内均匀分布6个长孔。长孔上布置着切刀片。其中切屑刀片相对于长孔间隙可适当调节工作盘上部的外罩上均匀的分布着3块弹板。工作盘下部装有同主轴一同旋转的橡腔刮板。工作时块茎通过储料室投入到工作室内，工作盘按一定速度旋转，在离心力重力和切屑力的共同作用下，利用块茎相对于工作盘上到刀片间的相对速度差，将土豆的皮屑切去；同时，在离心力的作用下块茎被甩向四周。并不断滚动，而周围外罩上分布着几块弹板，将块茎撞离外周，且不断旋转滚动，因此在刀片和弹簧板共同作用下土豆块茎被均匀的切去外皮，实现土豆去皮目的。摩擦式去皮机去皮机，以电动机为动力，通过带动带轮转动从而带动齿轮转动，也就是带动去皮机的两个滚筒转动。其中一个滚筒设计成螺旋状，这样的设计让滚筒在转动的过程中就把土豆由进料口到出料口运送；另一个滚筒主要是土豆的摩擦去皮滚筒，主要功能就是摩擦土豆表皮。在土豆运送的过程中有高压水枪对土豆进行清洗处理，污水会直接流入滚筒下方的凹槽内，凹槽有斜度，水流直接流入废水桶内。该生产为连续生产。本文采用摩擦式机械去皮机设计为方案。2.2 摩擦式土豆去皮机基本结构该机采用卧式机型，主要包括工作滚筒（摩擦滚筒、螺旋滚筒）、机架、传动系统、土豆清洗系统、污水处理系统等。2.2.1 工作滚筒工作滚筒包括圆柱形摩擦工作筒和矩形螺纹运送工作筒。圆柱形滚筒都是由不锈钢的薄钢板卷焊而成的（采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐磨性，特别是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳）。桶外部是有摩擦橡胶刷包裹的圆柱形摩擦套。螺旋工作筒也是由不锈钢板卷焊而成，但是在圆通外部又焊接一条矩形螺旋片，除螺纹外的圆筒表面由包裹了一层用于增大摩擦力的耐磨性塑胶套。土豆摩擦套的确定：通过各方面对比，这里选择胶辊。选择理由：它具有优异的耐臭氧老化、氧老化、光老化和气候老化的性能；它特殊的表面性能，胶辊是疏水的，对许多材料不粘，可起到隔离作用；胶辊的生理惰性无味、对身体无不良影响；胶辊还耐高低温，因为在摩擦过程中必然导致温度的升高，耐高温恰好解决了这个问题。螺纹工作筒凹槽内的摩擦套的确定：这里选择化纤。选择理由：它的剥离强度很大，它的耐水能力很强，在土豆磨削过程中一直有高压水枪对土豆进行清洗，耐水性很重要；它的耐磨性很好，因为在土豆的磨削过程中，势必与土豆和胶辊接触，耐磨性是一个很重要的理由；它具有弹性和抗老化性；最主要是价格便宜。2.2.2 传动系统该传动系统采用V带一级传动，齿轮二级传动。电动机安在机壳内，整机结构简单、紧凑。2.2.3 土豆清洗系统在土豆的磨削过程中，有多个高压喷头等距排列，从头至尾对土豆进行清洗作业。这里所需的水可以直接来自自来水管或者事先已经储备好的水库。高压泵的选择规格如下：品牌/型号：金哥王/280是否提供加工定制：是类型：移动式水温：冷水移动方式：轮式拖动式型号：280喷射压力：1-9（）射程：9米水量：9-13升/分钟吸水高度：0-3mm品牌：金哥王用途：清洗设备高压喷头的选择：这里采用单孔圆柱式喷头，喷孔的喷射角度为90度垂直向下。喷孔直径的选择按照公式：，计算可得喷孔应选择的直径为，按照市场上的喷孔即可选择型号，式中：射流靶距选择在喷头的基本段内，不要超过消散段，因为会导致雾化，是清洗的效率降低。这里选择的靶距为50厘米，可根据现场的情况进行调试处理。喷头采用角钢打孔的方式放置。2.2.4 污水处理系统污水处理系统是一个由不锈钢压制而成的排水系统，如下图所示，污水沿矩形漏斗底部流出。如果需要收集废屑的话，可以在底部加入铁丝网即可。2.3 工作原理以电动机为动力，通过带轮转动带动齿轮转动，从而带动两个工作滚筒转动，在螺旋滚筒的作用下土豆由进料口向出料口运动，在运动过程中，除了辊刷的转动磨削外，还有土豆自身的运动，土豆自身运动是在螺旋滚筒凹槽内的化纤布料作用下绕自身的中性线旋转，从而达到土豆各个部分都被去皮的目的。除此之外，土豆在磨削的过程中有高压水枪对土豆进行清洗处理，这样就免去了土豆必须事先清洗的步骤，因为在土豆过程中，土豆一直在被清洗，这样做的目的是使去皮后的土豆可以进行下一个步骤的加工，这里就是切片处理，土豆由出料口直接就进入切片槽里面。高压水枪喷出来的水，清洗后直接流入污水收集漏斗内，沿着管道直接排到污水处理池。此设计为连续生产，这个生产就免除了土豆在磨完之后还必须加入的人力投入，也就是说一体化生产，提高了生产效率。第3章 一体机去皮结构的参数确定3.1 物料在工作滚筒上的受力分析去皮机在工作时，滚筒以一定速度旋转，工作槽内的土豆在重力和摩擦力的共同作用下。这里需要考虑的问题是土豆在滚筒上绕自身的轴线做圆周运动，这样才能保证土豆每个面都能被磨削，其次还要保证土豆不会因为旋转太快飞出工作槽。首先我们对螺旋滚筒进行分析，土豆的直径约为3-10厘米，根据这个我们基本能确定螺旋凹槽的深度不得小于3厘米，这里选择3厘米。而且土豆的长度是15-18厘米，所以凹槽的宽度选择18厘米，为了方便计算这里选择矩形螺纹槽。其次我们确定滚筒的直径，一个土豆直径最长约为10厘米，为了不让土豆超过滚筒的定点，这里取最小半径10厘米，螺旋方向为逆时针旋转。这样即可得到螺纹滚筒的基本尺寸如下：为了方便制作和美观我们直接把摩擦滚筒的直径也定为20厘米，即滚筒尺寸确定好之后我们对土豆进行分析，根据动能守恒定律对土豆列如下方程式（-假设为临界高度，即凹槽的深度30mm）计算可得：为了避免土豆因速度过大导致的飞出滚筒槽，现假设土豆绕自身轴线旋转的速度等于螺旋滚筒的速度。即：螺纹滚筒的速度：，计算可得：所以速度只要不超过这个数值就可以，在保证节省的前提下我们初步选择电动机，与之最接近的是600r/min的电动机。3.2 滚筒转速的确定如果选择600r/min的电动机则摩擦滚筒的最大转速也就是这个，摩擦滚筒和螺旋滚筒的速度相差太小，不利于土豆的磨削，而且磨削量小的话则出现一个问题，由上面确定的螺程是200mm，这样螺旋滚筒的长度就需要很长，太浪费资源了。参考以往的磨削机构，摩擦滚筒的转速基本已经达到要求，所以现在只需降低土豆自身旋转速度就能减少滚筒的长度。根据这个问题我提出了以下两个假设： （1）保证两个滚筒的旋转方向相同，只是两个滚筒的转速不同而已。 （2）让土豆旋转4圈就能完成磨削，第一圈主要是清洗表面的泥污，后面三圈才是完成土豆所有的表皮，旋转太多会导致土豆的浪费，旋转太少会导致磨削不干净。围绕这两个假设，分析如下：第一个假设：上面分析过摩擦滚筒的转速基本已经满足，即直接用电动机通过带轮带动就可以了，而螺旋滚筒要保证旋转方向就必须二级传动。根据机械设计规范中二级圆柱齿轮减速器的传动比，则用此电动机所得到的的转速。第二个假设：土豆的直径约为3-10cm，则最大土豆的周长 ，土豆的旋转速度：，土豆旋转一圈所需的时间：，则螺旋滚筒的长度综上所述：根据生活常识我们知道越慢磨削的效果越好，为了方便下料，选择，因为摩擦滚筒和螺旋滚筒式对称的，所以选取，3.3 电机的选择3.3.1 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。3.3.2 确定电动机的转速摩擦滚筒的工作转速为600r/min,查表可知带传动的传动比，故电动机转速的可能范围为：，符合的只有1500r/min的电动机。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，因此选择电动机的型号为Y90L-4。3.3.3 电动机校核电动机所需工作功率：，也可以写作：由电动机至滚筒的传动总效率为：式中 则：由选择的电动机可知，由公式，可得：，满足要求！第4章 主要零件结构设计和计算4.1 V带轮结构设计计算4.1.1 带传动的时效形式和设计准则带传动的主要失效形式为带在带轮上打滑和疲劳破坏（断层、撕裂或拉断）。所以带传动的设计准则是：（1） 保证带在工作过程中不打滑。（2） 具有足够的疲劳强度。（3） 满足一定的使用寿命。4.1.2 带传动的设计设计带传动的原始数据一般为传动用途、工作条件、传递功率、带轮转速或传动比及对传动外廓2尺寸要求等。其设计的主要任务是合理选择参数，确定带的截型、长度、根数、及带轮材料、结构和尺寸。设计一般步骤如下：已知电机的额定功率，磨削土豆的功率是，转速为，带传动的传动比，每天的工作时间为10小时左右。（1） 计算功率 由机械设计手册查表8-7工作情况系数表查得：（2）选择V带带型 根据机械手册图8-11选型图可以确定为Z型V带。 （3）确定带轮的基准直径 根据V带的带型，参考表8-6和8-8确定小带轮的基准直径，应使，这里选择小带轮的直径，故大带轮的直径。 验算带的速度：，故速度合适。（带传动的速度一般在5-25m/s之间）（4）确定中心距，并确定V带的基准长度根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距：，初步选择计算相应的带长：，计算得由表8-2所示选取带的基准长度计算中心距离（即传动的实际中心距离）：（5） 验算主动轮上的包角小带轮上的包角小于大带轮上的包角。小带轮上的总摩擦力相应的小于大带轮上的总摩擦力。因此打滑只能发生在小带轮上，为了提高带传动的工作能力，应使：，由此可知包角合适。（6） 计算V带的根数 ，可得：，这里取查表得： （7）计算预紧力，计算可得：，只要大于30N即可。 （8）计算压轴力压轴力的最小值为：4.1.3 V带轮的设计设计V带轮时应满足的要求有：质量小，结构公益性好，无过大的铸造内应力；质量分不均匀，轮槽工作面要精度加工（表面粗糙度一般应为3.2），以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。带轮的材料选取HT200的灰铸铁，结构为腹板式。见附图。4.2 齿轮传动的结构设计4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）按照本设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 （2）滚筒为一般的工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）（3）材料选择。由机械设计手册表8-1选择小齿轮材料40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料的硬度差为40HBS。（4）选择小齿轮齿数为，大齿轮齿数。4.2.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即（1）确定公式内的各项数值 1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩。，计算可得：3） 由表10-7选择齿宽系数。4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。5） 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6） 计算应力循环系数7）查机械手册10-19取接触疲劳寿命系数。8）计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，计算可得：（2） 计算1）试算小齿轮分度圆直径，带入中的最小值。2） 计算圆周速度。3）计算齿宽。4） 计算齿宽与齿高之比模数齿高5）计算载荷系数。根据，精度为8级，由图10-8查得动载荷系数，直齿轮由表10-2查得使用系数；由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称分布时，.由，查图10-13得,故载荷系数：6） 按实际所得的载荷系数矫正所得的分度圆直径：7）计算模数m。4.2.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度设计公式：（1）确定各公式内的各计算数值1）由机械设计手册图10-20c查得小齿轮的弯曲强度极限，大齿轮的弯曲强度极限2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数1.4，由式 4）计算载荷系数K5） 查齿形系数由表10-5查得6） 查取应力矫正系数由表10-5查得7） 计算大小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值比较大。（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的的模数2.12并就近圆整为标准值，按接触强度算的分度圆直径，算出小齿轮的齿数：大齿轮齿数：这样设计出来的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.2.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2） 计算中心矩 （3）计算齿轮宽度取结构设计及绘制齿轮零件图看图纸。4.3 传动主轴的结构设计计算由于轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故：4.3.1 轴的材料及选择 轴在工作时多承受交变载荷，故轴的失效一般为疲劳断裂，占失效总数的40%-50%。因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较少的应力集中敏感性，同时还须具有足够的刚度、耐磨性、耐腐蚀性和良好的机械加工工艺性。 轴的材料一般用碳素钢和合金钢。 碳素钢比合金钢价廉，应力集中敏感性差，优质中碳素钢经过热处理后，可得到的机械性能。常用的有35,45,50号钢，以45号钢应用最为广泛。对于受力最不重要的轴也可采用Q235A和Q275A等普通碳素钢。 合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的淬透性，但对应力集中较敏感，且价格较贵，顾常用于高速、重载及要求有耐磨性或低温等特殊条件的场合。常用的合金钢有20Cr，35SiMn，40Cr，40MnB等。在一般工作温度下，合金钢和碳素钢具有相近的弹性模量，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。 轴的毛培通常采用圆钢或锻钢，对于形状复杂的轴也可以采用塑钢或球磨铸铁，后者具有价廉、吸阵性好，对应力集中敏感性小等特点，但铸件质量不易控制。 通过综合比较，此丝杠主轴选用45钢正火处理，由表查得强度极限。，查表可得其许用弯曲应力4.3.2 滚筒两端轴的结构设计考虑滚筒两端的轴是焊接在滚筒两端，焊缝在滚筒的封口板上。根据轴的尺寸查表得出键槽的尺寸，轴的键槽深度为。滚筒的左端轴主要是用于联接联轴器，轴承，还有加强筋肋的焊接段，如图所示，联轴器段长度为56mm,轴承为14mm，加强肋的长度为42mm,中间还有两段10mm的装配间隙，轴与滚筒端面连接处还需要焊接8mm厚的圆板，故左端共长140mm。滚筒的右端只有一个滚动轴承，再加上筋肋的长度，设计总长为75mm。4.3.3 初步计算轴的直径轴的直径课按照扭转强度法来进行估算，即，得 考虑到有的轴段有两个键槽，将直径增大5%，则考虑到有的段要与联轴器、齿轮、轴承相连，通过查阅手册，选取凸缘联轴器，初步选择6204深沟球轴承，通过比较，可取得相同直径20mm。为了便于装配零件，需要去掉毛刺，轴端应制出45度倒角。4.3.4 轴的强度校核该机器所用的轴为传动轴，主要承受扭矩。则按扭矩轻度条件计算轴的扭矩强度条件为：式中： 此轴选用45号钢，值为通过计算轴在摩擦滚筒转动时的扭矩最大，计算可得：，故轴的扭转条件满足。4.4 滚动轴承的选择因轴承只有径向力的作用，故选择深沟球轴承，按照工作要求并根据，由产品目录中初步选取0基本游隙组，精度标准级的深沟球轴承6204 GB/T 276-1994，其中尺寸为，成对使用，安装在立式轴承座上。同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，所以可保证主轴系统无缝隙运动和高强度，这样可以避免无载荷轴承在告诉下可能出现的球打滑现象，球打滑可能会引起表面变粗糙，提高运转噪声。轴承的润滑：该滚动轴承采用脂润滑。脂润滑是增稠剂和基础油的混合物，可以分为以下润滑脂类型：（1） 、由金属皂作为增稠剂与润滑油所构成的金属皂基润滑脂。（2） 、由无机胶凝剂式有机增稠剂与润滑油构成的非皂基润滑脂。（3） 、由有机式无机增稠剂与合成油构成的合成润滑脂。该轴承选用2号钙基脂为润滑脂。该轴承为长寿命润滑脂润滑，润滑时间为间隔一年。4.5 焊缝强度的校核 轴端封口板与轴端圆板的焊接方式为角焊缝，满焊；加强筋的焊接方式单边角焊缝，直角根部有短小的缺口，这里按照角焊缝计算。其中: 沿焊缝长度方向的应力； 角焊缝的计算厚度； 角焊缝的计算长度； 角焊缝的强度设计值，查焊缝强度设计值表，角焊接的抗拉、抗压和抗剪力；这里采用反向推理的方式证明其受力满足要求，即说明焊缝满足要求。选取滚筒的左端为受力分析点:为角焊缝的计算厚度，圆板和加强肋的厚度都是8mm，所以这里选择角焊缝的计算厚度也为最大厚度8mm。为叫焊缝的计算长度，这里包括圆板的周长和四根筋肋的焊缝长度。即：，得： 根据上面的选材，滚筒是用不锈钢薄板压制而成的，所以，满足要求。4.6 键4.6.1 键的选择均为一般联接，可用普通平键中的圆头普通平键。带轮处键的选择：此处轴的直径，查机械设计手册表可得间的截面尺寸为：宽度，高度，取键长齿轮处键的选择：此处轴的直径，查机械设计手册表可得间的截面尺寸为：宽度，高度，取键长轴承处键的选择：此处轴的直径，查机械设计手册表可得间的截面尺寸为：宽度，高度，取键长4.6.2 键的校核键、轴的材料都是钢，键采用静联接，冲击轻微。查机械设计基础表14-1得许用挤压应力。键的工作长度，键与连接件的接触高度为，查机械设计手册由公式：，根据以上式子可以看出只需要计算轴承处键的应力就可以比较得出是否符合要求：，满足要求。第5章 一体机土豆切片部分的结构设计5.1 一体机土豆切片部分的设计及特点本设计主要考虑去皮后的土豆进入切片槽内被切成均匀厚度片状为目的，同时考虑经济实用。达到能以最少的投资获得较好的经济效益。从而为推广该产品奠定基础。针对研制目的，采用磨皮后切片工艺，研制出旋转刀片切片。采用可旋转式刀片，控制刀片转动的速率，达到切片厚度控制的目的。其工艺流程为：原料准备切片产品收集。这种切片机的特点是土豆进入切片槽里面，待土豆固定好之后，开始旋转刀片，控制刀片的旋转速度，对土豆进行切片，速度越快，厚度越薄；速度越慢，厚度越厚。切片好之后土豆通过刀片上一定的斜度，将土豆送至出料口，完成切片的工序。 针对本设计放弃了这种切片的方案，因为本文主要是设计磨皮切片的一体机，如果选用这种方法的话就必须多加电动机等设备，这就造成了原料的浪费，也违背了一体化的意愿。本设计主要是通过磨皮滚筒的转动，凸轮带动后面的的切片桶，对土豆进行强制切片。5.2 凸轮式切片机结构特点及工作原理5.2.1 结构特点根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式：该机采用立式机型，主要包括凸轮系统，传动系统，机架及切片桶及刀片槽。因为立式切片机的进料和出料都比较容易，结构简单，操作和维修便易，立式切片机有凸轮传动轴、顶杆、土豆压力杆，土豆切片进料桶，可调节式刀片槽等装置组成。本机构的优点：（1） 降低了人们的劳动强度，提高动作效率（2） 切片厚度一致性（3） 结构简单紧凑（4） 实现了去皮切片一体化5.2.2 工作原理立式切片机采用螺旋滚筒轴的转动，带动切片机的凸轮转动，实现凸轮的两端位置差控制土豆压力杆的上下位置，当凸轮的大径端向上的时候压力杆向下压，将土豆从刀片槽内压出，达到切片的目的，当凸轮的小径端向上的时候，压力杆在弹簧的作用下向上抬起，待土豆进入切片桶内在进行下一次的切片。如果需要控制土豆片的厚度，可通过调节可变刀槽里面，刀与刀之间的距离来达到目的。第6章 一体机土豆切片部分的参数确定6.1 物料在切片桶内的受力分析土豆从去皮机出来之后直接进入切片机内，切片机的槽设计成立式圆柱筒形，土豆下方是由数把厚度很薄，但是刚度很强的刀片按照所需厚度要求依次排列。压力杆下端制成空心圆柱体。我们由实验可知土豆切片需要最大的压力为50N，也就是5Kg的力才能完成。即压力杆。只要压力杆能提供超过这个50N的力，就能对土豆进行切片。由于土豆的长度约在15-18cm。土豆经去皮后进入的切片桶直径设计在25cm，这样设计的目的是为了让土豆在进入切片桶里面能够整个都在刀片上，不会与桶臂形成一定的角度，同时也是为了切削出土豆以外的东西，可以达到一物多用。6.2 切片速度的确定由以上的设计可知土豆是通过螺旋滚筒从原料到成品运送的，也就是螺旋滚筒运送的快慢决定了切片速度的快慢。螺旋滚筒的设计转速为，土豆要从第一个槽内运送到第二个槽内需要一个导程的距离，而一个导程需要一转才能完成，照这个算法也就是磨好的土豆平均下来4s一个，按照此设计也就是说4s内，切片机所要完成的工序有压力杆向下压，将土豆切片，切好后压力杆抬起，完成一个循环。即，这个速度刚好等于螺旋滚筒的速度，也就是说切片机构的传动系统出了凸轮和顶杆外，无需再加入其他的传动机构。这使得系统也更加简单。第7章 主要零件结构及计算7.1 凸轮结构设计计算7.1.1 凸轮的选材及推杆的选择凸轮的工作表面必须要有高的耐磨性，并能承受较大的表面应力。在选择凸轮材料时，主要考虑凸轮结构所承受冲击载荷和磨损等问题。通常凸轮用45号钢制造，淬硬至52-58HRC。更高要求时，可用15号钢或20Cr钢制造；渗碳并淬火至56-62HRC，渗碳厚度为0.8-1.5mm。或采用可进行氮化处理的钢材，经氮化处理后，使表面硬度达到60-67HRC，以增强凸轮表面的耐磨性。对于轻载凸轮。也可以使用优质灰铸铁，或45号钢调质处理到22-26HRC。应该注意的是，凸轮机构中滚子所选用的材料。滚子比凸轮容易制造，而且损坏后更换也方便，当滚子采用凸轮相同的材料和热处理方法时，在工作中滚子总比凸轮先磨损，故滚子课采用与凸轮相同的材料制造，也可采用20Cr钢经渗碳处理，其表面硬度可达56-62HRC，渗碳深度可达1-1.5mm,或用碳素工具钢T8等淬硬到55-59HRC。对于此机构来说，切土豆的力约在50N左右，转速为0.25r/s，所以此机构属于低速轻载装置，故选用45号钢制造，淬硬至52-58HRC。尖顶推杆构造简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间的滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，滚子通常采用特制结构的球轴承或滚子轴承。平底推杆的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动。综上所述，这里选择滚子推杆，推杆为直推杆。滚子也采用45号钢制成，淬硬至52-58HRC。这里滚子选用深沟球滚子轴承。7.1.2 凸轮机构基本尺寸确定（1）先确定凸轮的基本尺寸，设初步确定凸轮的基圆半径为推杆滚子半径为，其次要选定推杆的运动规律，这里推杆的运动方式是当凸轮转过90度时，推杆上升130mm,当凸轮再转90度时，推杆下降130mm,凸轮转过180度时，推杆停止不动。因其工作条件为低速轻载，应选用较小的运动规律，以保证推杆运动的平稳性和工作精度。（2）求理论廓线对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论廓线坐标，求得式中，位移s应分段计算。 （a）1） 推程阶段 2）、回程阶段 3） 休止阶段 4）推程段的压力角和回程段的压力角 取计算间隔5度，将以上各相应值带入(a)计算理论轮廓线上各点的坐标值。在计算时应注意：在推程阶段取，在回程阶段取，在休止阶段。（3）求工作廓线 其中： 1） 推程段 2）回程段 3）休止阶段 根据以上的公式可以计算出凸轮工作轮廓线各点的坐标，就可以画出凸轮的大小。这里的滚子采用深沟球滚动轴承，轴承型号为6200 GB/T 276-1994，滚子的尺寸为。根据滚子的尺寸这里选择凸轮的厚度为15mm。7.2 切片的尺寸确定7.2.1 切片桶的尺寸确定由上面的受力分析可知，圆桶的直径为250mm，这里圆桶为立式，上下都为开口，圆桶是圆管制而成，为焊缝联接。圆桶从底部以上3cm开始开槽，槽口宽10cm,高10cm。压力杆制成空心圆柱体，圆柱体高30cm,圆柱的直径为24cm,空心圆柱体用不锈钢压制而成，两面都用封口板焊接起来。这里压力杆直径制成24cm是为了留有空隙装配和切片的时候因为压力杆对侧壁有一定的挤压力，留有间隙是为了减少碰撞所消耗的能量，也对桶壁起保护作用。计算圆柱体的重量：圆管的单位重量为20.806kg/m,封口板的单位质量为712.717kg/m。这里假设圆管的长度为0.28m,封口板厚0.01m,这样计算可得圆柱体的总重量为：空心圆柱体的上表面焊接一根长约20cm钢柱，钢柱的直径约为20mm。这根钢柱的重量为：7.2.2 钢柱与空心圆柱桶之间的焊缝校核 钢柱与圆柱上表面采用角焊缝，满焊，计算焊缝强度是否满足要求。其中: 沿焊缝长度方向的应力； 角焊缝的计算厚度,这里为10mm； 角焊缝的计算长度,； 角焊缝的强度设计值，查焊缝强度设计值表，角焊接的抗拉、抗压和抗剪力； ,显然是满足要求的。7.3 杠杆参数确定7.3.1 杠杆尺寸确定图所示为杠杆尺寸的确定图。杠杆全长500mm，中间为一个滚动轴承，轴承为深沟球滚动轴承，型号为6203 GB/T 276-1994，尺寸为：，左右两边的板厚为30mm,为矩形钢，宽度为40mm,中间的凸缘高度为70mm，左右两端各有一个销孔，销孔的大小为直径10mm
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